JPH03501413A - 影像化ライダーシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 影像化ライダーシステム 免豆旦宣１ この発明は一般に水中物体を遠隔影像化する方法および装置に関する。さらに詳 しくはこの発明は、新規な影像化ライダー（光線探知および距離測定）システム を用いる水中物体を検知し影像化する方法に関する。

水中の標的を、遠隔位置（例えば空中位置）から比較的短時間で検知する方法の 開発に対する要望が続いている。

この方法は、ある種の軍事用途、例えば、係留されている機雷を、ヘリコプタな どの航空機から検知することが海の安全を保証するのに非常に必要である場合に 時に重要である。現在は、扱いにくくて時間がかかるワイヤライン装置を使わね ばならない。これらの装置は水中に降ろすので、勿論、損傷と損失を受けやすい 。またワイヤライン装置は、標的探索が相対的に遅くなり、標的を検知できるだ けで眼にみえる影像化はなされない。

水中機雷の検知に加えて、水中の標的検知システムの他の軍事用途には、潜水艦 および通信ブイの検知が含まれる。また水中物体を遠隔検知する精密システム向 の多数の民間用途がある。

水中物体（または氷、雪、霧、煙および土煙のようなその外の媒体によって隠さ れた物体）を遠隔場所で検知して影像化し、航空機、船舶および潜水艦のような 各種の遠隔プラットホームから短時間で正確かつ高精度な影像が得られる実用的 なシステムはあいにく知られていない。

Ｌ豆二１刀 従来技術の上記およびその外の問題点と欠点は、水中物体を遠隔検知して影像化 するこの発明の新規なシステムによって克服される。本願では、この発明を影像 化ライダー（ｉｍａｇｉｎｇ　１ｉｄａｒ）と呼称する。この発明では、レーザ ーを用いて、パルス幅がノナ秒のオーダーの短い光パルスを発生される。レーザ ー光は光学素子によって伸長され、水面に次いで物体すなわち標的に放射される 。増倍ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ　）カメラ（２台 備えた方が好ましい）が、標的の前後からの水によって散乱される光が除かれる 。その結果、水のベール眩光が著しく弱められ、薄い標的の表示を見ることがで きる。得られたゲート影像（ＣＲＴに表示された影像）は、標的を分類および／ または固定するのに充分な立体解像度をもっている。この影像化機構は、非影像 化システムと比べて誤まり検知率を低下させることができる。

この発明の影像化ライダーシステムは、不透明な標的はすべて陰影を投げるとい うことを利用している。システムの２台のカメラの露出は、一方のカメラが水か らの後方散乱光に対する標的の影像を与え、他方のカメラが後方散乱光に対する 標的の陰影の影像を与えるように時間を合わせて行われる。これら２つの影像は 次いで減算され（例えば差動影像化）、標的の検知可能性が改善される０次にこ の減算された影像は、カラー化され標的の固定を助ける。

実際に、上記２影像の減算によって、影像化された標的の信号対雑音比（ＳＮＲ ）が改善される。差動影像化によって与えられるＳＮＲは、（検知された標的の 光子−検知された水のバックグランド光子）／（検知された光子の合計）Ｉ７２ で与えられる理論的モデルによって示される。

この発明は、夜間と昼間の両方で作動させることができる。昼間で使う場合は、 レーザラインの中央に配置され数ナノメートルの帯域を有する帯域フィルタがカ メラレンズ上に置かれている。２台のカメラの短い露出時間の組合せと、帯域フ ィルタにより減衰によって影像に対する太陽光の影響を無視可能にすることがで きる。

この発明の影像化ライダーシステムは、空気−水の界面を通じての影像化に限定 されない。同じシステムを、水中の容器から展開させて、水中のあらゆる方向の 状況を見ることができる。同様に、この発明は、氷（例えば極地の水幅）などの 媒体を介して見るのに使用することができる。

実際に、媒体の物理的形態の唯一の要件は、媒体が、いくつかのカメラのケート 幅に対応する距離スケールにわたって少な（とも部分的に光を透過するというこ とである。したがって媒体としては、水、水蒸気、霧、煙、氷、雪、エーロゾル 、土煙などが含まれる。

この発明の、前述およびその外の特徴と利点を、当業者は、以下の詳細な説明と 図面から明確に理解できるであろ区１じと！崖１１朋 図面について説明するが、同じ要素については、い（つかの図面で同じ番号をつ けである。

第１図は、この発明の影像化ライダーシステムを示すブロック図である。

第２図は、第１図のシステムに用いられるパルスレーザの概略図である。

第３図は、第２図のレーザからの単一パルスの立体線図である。

第４図は、第１図のシステムと接続して用いられる１台のＣＣＤカメラの概略図 である。

第５図は、第４図のＣＣＤカメラ用のタイミング制御システムの概略図である。

第６図は、第１のシステムとともに用いられるビデオプロセッシングシステムの 概略図である。

ましい態　の雷日 まず第１図について説明する。この発明の影像化ライダーシステムは、一般に、 ナノ秒のオーダー（例えば約１０ｎｍ未満）のパルス幅の短い光パルスを発生さ せるのに使われるレーザ１０を備えている。レーザ光は、光学素子１２によって 、水本体１６に表面１４へ向かって伸長される。

１対の増倍ＣＣＤカメラ１８と２０が、標的２６へ、および標的２６からのラウ ンドトリップ伝搬時間に対応する時間遅れの後、パルスタイミングゼネレータ２ ２と２４を介して電子的にシャッターされる。このタイミングによって、標的の 前後の水によって散乱される光が除かれる。その結果、水のベール眩光が著しく 減少し、薄い標的の表示を見ることができる。カメラ１８と２０が受信した光信 号は、ビデオプロセッサ２８で処理され、ＣＲＴ３０に表示される。得られたゲ ート影像は、標的を分類および／または固定するのに充分な立体解像度を有する 。第１図のライダーシステムは、夜間と昼間の両方で作動させることができる。

昼間に使用する場合は、レーザラインの中央に配置され、数ナノメートルの帯域 を有する帯域フィルタ３２がカメラのレンズ上に置かれている。２台のカメラの 短い露出時間の組合せと帯域フィルタによる減衰によって、太陽光の影像に対す る影響が無視しえるようになる。また２対の偏光フィルタ３４が任意に用いられ る。

オドダイオードまたは光電子増倍管３５は大洋向けに用いられる。海水の反射率 はほぼ０．０２であり、そのためレーザ光のごく一部が海面で反射され、アバラ ンシュホトダイオードもしくは光電子増倍管３５で検知される。この表面反射信 号は、タイミング遅延を調節してプラットホームの標高の変動を補償するのに用 いられる。海面の波の動きが、水中物体の影像に影響を与え、影像を振動させ、 多重影像に分解させることもある。しかし、物体の形と詳細を、影像を見る観察 者は認識することができる。というのけ眼が波の動きを平均化する傾向があるか らである。

差動影像化を行うために、２台のＩ　ＣＣＤカメラ１８と２０を用いることは、 この発明の重要な特徴であり、これによって水中物体の検知可能性と影像化がと もに改善される。この２台のカメラは、不透明な物体はすべて陰影を投げるとい うことを利用している。２台のカメラの露出は、一方のカメラが、水から後方散 乱光に対する標的の影像を与え、他方のカメラが後方散乱光に対する標的の陰影 の影像を与え、他方のカメラが後方散乱光に対する標的の陰影の影像を与えるよ うタイミングを合わせて行われる。次にこれら二つの影像は減算されて標的の検 知可能性が改善される。次に減算された影像は、カラー化されて標的の固定を助 ける。

この発明の差動影像化機構は、信号対雑音比（ＳＮＲ）は、水の性質と標的の深 さによって影響される。レーザ光は水によって吸収。散乱されて減衰される。標 的位置が深ければ深いほど、システムの集光素子に透過して戻る光が少なくなる 。有効減衰係数は水に対する拡散減衰係数にである。Ｋの値の範囲は、透明な深 い大洋の水の約０．０５１ｍから近海の１．０／ｍの範囲である。またこのシス テムのＳＮＲは、レーザパルスのエネルギー、カメラレンズの面積、システムの 水面上の高さ、標的の反射率およびカメラ検知システムの量子効率によって影響 される。理論的モデルを作って、異なる深さの標的のＳＮＲ値とＫの値を予測し た。カメラは増倍されているので、標的を検知する場合の主な雑音は固有の光子 の雑音である。次いでＳＮＲは、（検知された標的の光子−検知された水のバッ クグランド光子）／（検知された光子の合計）Ｉ″で表される。　この発明をさ らに詳細に説明する。以下の説明は好ましいひとつの態様であって、特定の要素 のモデル、メーカーおよび類似の詳細事項は単に例示しただけに過ぎないことは いうまでもない。

パルスレーザ この発明のシステムで用いられる好ましいレーザシステムは、１１０６４ｎの短 いパルスの赤外線を発する５ｐｅｃｔｒａ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ＤＣＲ−４パルス Ｎｄ：ＹＡＧレーザである。このレーザは、周波数２倍クリスタルを有するＨａ ｒｍｏｎｉｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒを使用して緑色（５３２ｎｍ）で作動する。

このＨａｒｍｏｎｉｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　はレーザキャビティの出口の前の 外側に取り付けられている。最初のレーザパルス（１０６４ｎｍ）がクリスタル を打つ角度は、Ｈａｒｍｏｎｉｅ　Ｇｅｍｅｒａｔｏｒから出る緑色光＝ＩＲの 百分率を変えることができるように微細に同調させることができる。一般にＨａ ｒｍｏｎｉｃ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒは効率が約５０％であり、その結果緑色の出 力電力は、赤外の入力電力の約坏である。

第２図に示すように、パルスＮｄ：ＹＡＧレーザは高エネルギーで、安定性と光 線性能に優れ、高い立体コヒーレンス度を与える回折結合共振器（ｄｉｆｆｒａ ｃｔｉｏｎ−ｃｏｕｐｌｅｄ　ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）３６を使用する。Ｎｄ：Ｙ ＡＧのロッドは、高電圧のフラッシュランプ３８を用いて光学的に励起される。

出力カップラ（前レンズ４０）は、その凸面基材の中心に位置する単一の高反射 率のドツト４２を備えている。リアーミラー４４は、光線を平行にし、Ｎｄ：Ｙ ＡＧのロッドの熱レンズ現象を補償する凹面のハイレフレクタである。平行にさ れた光線は、ロッドなその出口経路を通じて通過し、その光は、前方の出力カッ プラ上に位置するドツトの端縁のまわりに分散する。これによって、第３図に示 すように特徴的な”ドーナツ”状の立体形態を生ずる。Ｑスイッチ（Ｐｏｃｋ　 ｅｌｓ　ｃｅｌｌ）は、マークスパントと　１７４波長プレートとともに用いら れ、パルスの時間幅を調整する。エネルギーの初期貯蔵は１／４波長プレートに よって行われる。光のパルスは、非常に高速で高電圧の波形をＰｏｃｋｅｌｓ　 ｃｅｌｌに印加することによって形成される。この発明のシステムに用いられる Ｎｄ：ＹＡＧレーザの好ましい出力の仕様は次のとおりである。

５３２ｎｍにおけるパルス幅　＝　３　ｎｓ５３２ｎｍにおけるパルスエネルギ ー　＝５５０ミリジュールパルスの繰返し率　１５Ｈｚ 出力パルスジツタ　くシンクパルスから０．５ｎｓｅｃ全装置の重量　＝　２３ ０ｋｇ レーザは内蔵冷却システムを用いることによって、外部冷却される。さらにすべ てのキャビティは空気でパージされる。冷却システム、電子装置およびパージシ ステムは、ラックマウントを実施できる別個の電源に収納されている。全ケーブ ルおよび空気と水の配管は、レーザヘッドと電源に１０フイートのへその緒で接 続されている。レーザは、２０８Ｖ、６０Ｈｚ単相電力または１２０／２２０Ｖ 電力で作動させることができる。

カメラ この発明の好ましいシステムは、２台のｍａｒｃｏ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｍ ｏｄｅｌ　２０１カメラを使用する。その１台を第４図に示す。これらのカメラ に用いられる影像センサ４６は、ＣＣＤエレクトロニクスパッケージ４７で駆動 されるＴｈｏｍｐｓｏｎ　ＣＳＦ　ｍｏｄｅｌ　ＴＨ−７８８２−ＦＯｃｈａｒ ｇｅ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ　（ＣＣＤ　）である。この特定のＣＣＤ は、上記センサを増倍管に連結するのに用いられる光学繊維の窓４８を備えてい る。増倍管５０は、光増幅器と、高圧増幅器５２で駆動される超高速シャッター との働きをする。またこれらのカメラは、内蔵のディジタルフレーム記憶／走査 コンバータ５４を備え、その出力は、Ｒ５１７０アナログ信号に変換され、標準 のモニタ３０に表示し追加の影像を処理する。

増倍管５０は、２つの利得ステージを有するＤＥＰ　ＭｏｄｅｌＸＸ　１４２０ である。第１のものは、マイクロチャネルブレー）　（ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅ ｌ　ｐｌａｔｅ）　（ＭＣＰ）を備えたＧＩＩ型の増倍管である。第２のものは ＧｅｎＩ近接集光ダイオードである。正味の眩光の利得は、名目上１００，００ ０である。前記増倍管の５−２０光電陰極は、カメラ全体に対する広域応答を定 義し、約７％の量子効率の限定を行う。増倍管の後端の陽極蛍光物質は、ＣＣＤ センサに光学繊維で連結されている。カメラ本体の制御スイッチによって、増倍 管のゲート幅を１０．２０もしくは４０　ｎ５ｅｃから選択できる。これはカメ ラの露出設定に等しい。

使用されているＣＯＤは、新規なフレーム転送装置である。従来から知られてい るＲ３１７０両立性フレーム転送装置では、通常、影像は影像面に集積され次い でＣＣＤの隣接する記憶領域にシフトされる。新しい各ＴＶラインによって、水 平レジスタが記憶された情報をシフトする。通常のＴＶはインクレースモードで 作動するので、奇数と偶数のフィールド間の移相によって、ＣＣＤを一種のイン クレース読出しモードで作動させることができる。これらの従来の装置では、記 憶領域がセンサの１／２を占めており、実際に光を集積している要素は１／２に 過ぎない。この発明のモデル２０１カメラに用いられているセンサはチップの全 領域を光の集積に使用しており、それ故、一般に標準のＲ５１７０の運転には両 立しないことに留意することが大切である。後で考案するように、最終のシステ ムの感度によって１００％感度のチップ領域を有するという注目すべき利点があ る。

ＣＣＤは隣接するフォーマットで、　３８２列×５６８行の２３μゴの画素を備 えている。この配列のうち、名目上の５１２の行だけが標準のビデオモニタ表示 用の正しい縦横比を達成するのに用いられている（縦横比４：３）。最大の信号 雑音比が要望され、立体解像度の制限要件のためにモデル２０１カメラは画素ピ ニング（ｂｉｎｎｉｎｇ　）を利用している。

水平レジスタは、２つのチャージパケットを各チャージ検知ステージにシフトし １次いでそのステージが再度行われ、４つのＣＯＤの行が水平シフトレジスタに シフトされ、転送前に合計される。このしかたで、有効配列が１９１列×１２８ 行の要素（ビン）になり、これは９０μｍ×４６μｍの大きさである。これらの ビンは各々、単一要素と同じ読出し雑音制限を有しているが８倍の信号を集める 。したがってピニングはＳＮＲを約２．８改善する。

前述のように、この発明で用いられるＣＣＤは一般に標準のＲＳ　１７０ビデオ 出力とは両立しない。この発明の影像化ライダーシステムは、適切なビデオ出力 を得るために以下の順序で運転される。

（１）ＣＣＤは、水平シフトレジスタの継続的な下方へのシフティングを受けて 暗電流のビルドアップを消去する（２）外部トリガ信号が、増倍管のスイッチを 入れて露出を開始する。この信号を受けると、ＣＣＤシフトモードが割り込まれ て、次の３．２ｍ５ｅｃの間、ＣＣＤは集積モードになる。この３．２ｍ５ｅｃ によって、蛍光物質の残光が、短い露出（２０〜４０ｎｓｅｃ）の後に５％未満 減衰し、その結果ＳＮＱを最適比する働きをする。

（３）３．２ｍ５ｅｃの最後で、各ビンに累積された電荷がディジタルのフレー ム記憶部に読み取られた時に、ＣＯＤは読み出しモードに切り換えられる。デー タのディジタル化に加えて、フォーマットの操作がフレーム記憶部に起こり、こ の記憶部ではセンサの影像が有効に９０°回転される。（すなわち列が行におよ び行が列に変換される。

）次ぎにセンサの３：４の縦横比は、標準のビデオモニタの４：３の縦横比に正 しくマツプする。この全工程は８．２ｍ５ｅｃかかる。

（４）フレーム記憶部への読み出しが一旦完了すると、ＣＣＤは、連続シフトモ ードに戻り、次の増倍感のトリガな受けるまで暗電流のビルドアップを消去する 。

Ｄ／Ａコンバータは、フレーム記憶部の情報を複合ビデオフィールドとして出力 する。このフィールドは、フレーム記憶部が更新されるまで６０Ｈｚで繰返され る。複合ビデオの別のフィールドでは、同じことであるが、通常の方法でインク レースされる。信号を受けて集積を開始し、センサに読み出す時に、複合ビデオ に単一のブランクフィールドが発生する。集積と読出しの合計時間（３，２＋　 ８．２ｍ５ｅｃ）がフィールド間隔時間（１６，６７ｍ５ｅｃ）以内であること に留意すべきである。ビデオフィールドが１９０行で構成されていることに注目 しなければならない。１９０行の後に、フレームコンバータは標準ＩＶ表示モー ドに切換わって、残りの行をブラックとして表示する。

２台のカメラは、２つの影像間に１台のアナログ減算器を使用できるように周期 モードで運転されねばならない。

２台のカメラを連けいするシンクケーブルによって、１台のカメラからのカメラ シンク出力で第２のカメラの全クロック信号を駆動することができる。

いずれのカメラも、スレーブとして働く他方のカメラに対してタイミングマスタ ーとして機能することができる。ケーブルが接続されると、スレーブカメラ内の 多重チャネル回路が、クロック信号を、内部制御チップから外部源に切換える。

このしかたで２台のカメラが画素から画素へと同期される。

カメラ制御の特徴のいくつかは既に記載された。これらの中には、カメラ本体へ の入力を経た外部ゲートトリガーおよびゲート幅制御スイッチ（１０，２０また は４０　ｎ５ｅｃ）が含まれている。同様に、カメラ本体には３つの出力が見ら れる。ゲインモニタは、インテンシファイア管の方へ行く高圧ゲートパルスの分 割されたダウンレプリカを示す。フレーム同期アウトは、複合ビデオにおける奇 数フィールドの開始を示す、１．９８μ秒幅のＴＴＬネガティブパルスであり、 従って３０Ｈｚで生じる。フィールド同期オウトは、６０Ｈｚにおいて複合ビデ オの各フィールド間で生じるリトレースブランク（すなわち垂直帰線）を示す、 １．３３秒ＴＴＬネガティブパルスである。ラック取付は可能な電源が、インテ ンシファイア管の２つの段階に必要な高圧のみならず、カメラエレクトロニクス の低圧電力をも供給する。。

電源フロントパネルにおける高圧の手動制御用のポテンシオメータ−制御装置が ある。これは、管を通るゲインを変更したり、モニタするのに用いられる。好ま しい実施態様において、フィールド率で、自動的にゲインを修正するために、自 動ゲイン制御回路が使用される。第５図を参照して、この発明の結像ライダーシ ステムのクィミーング制御の図式が示されている。全体のタイミング図式におけ る主要要素は、「マスター」カメラ（６ｏ）および５ｔａｎｄａｒｄ　Ｒｅ５ｅ ａｒｃｈモデルＤＧ５３５デジタル遅延発生器（６２）である。マスターカメラ からの３０Ｈｚフレ一ム同期信号は、１５Ｈｚまで分割され、レーザーをトリガ ーするために用いられる（第１図参照）。フレーム同期信号が、カメラの複合ビ デオにおける奇数フィールド間隔の初めに生じることを思い出すべきである。レ ーザー出力パルスが、トリガー後、大体２５０μ秒で発生する。水面下らのレー ザーのきらめきの戻りは、Ａｎｔｅｌ　０ｐｔｒｏｎｉｃｓ　ＡＲＸ−ＳＡ高速 電子なだれ光電検出器（３５）によって検出される（第１図参照）。オペレーシ ョナルシステムにおけるプラットフォームの期待された高さがあるとすれば、き らめきの検出は、一般にレーザーパルスアウト後、１μ秒程度であろう。光電検 出信号は、Ｍｏｄｅｒｎ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｆ− １００ＴパルスＰｒｅ−Ａｍｐおよびノイズディスクリミネータ（３７）を通じ て調節される。Ｆ−ＬＯＯＴの閾値は、ノイズレベルより上であって、信号ソー スの直線領域に沿ってセットされている。１００ｎｓ幅のＴＴＬパルスは、信号 ソースが閾値レベルに到達する時に出力される。このＴＴＬパルスは、５ｔａｎ ｆｏｒｄ遅延ユニツト（２２）をトリガーし、これは第２　５ｔａｎｆｏｒｄ遅 延ユニツト（２４）をトリガーする前に約３μｓパルスを遅延させる。この第２ ５ｔａｎｆｏｒｄは、このシステムの第１タイミング制御装置であり、２つのＣ ：ＣＤカメラ（１８）および（２０）の各々についてインテンシファイアゲート をトリガーするのに用いられる。これはＡおよびＢについて、（６６２／３ｍ５ −システム遅延＋所望の水深遅延）の遅延がセットされる。このためカメラは実 際には、以前に検出されたきらめきパルスにトリガーされる。第１　５ｔａｎｆ ｏｒｄからの３μｓ遅延は、第２　５ｔａｎｆｏｒｄのタイムアウト期間を減ら すために必要である。この第２５ｔａｎｆｏｒｄは、１５）１ｚの定速でトリガ ーされる。システムの遅延は１３０ｎｓ程度であろう（すなわちカメラゲートの ４０ｎｓの伝ばん遅延、５ｔａｎｆ。

ｒｄの８５ｎｓ伝ばん遅延、および例えばケーブルの長さ等のようなその他の遅 延については＜５ｎｓである）。これらの遅延は正確に測定されることができ、 ジッタ規格が＜　１　ｎｓであるべきである。この５ｔａｎｆｏｒｄは、その内 部タイムベースオシレータで、何ミリ秒間もの間非常に正確にパルスを遅延させ ることができる。ＲＭＳジッタ規格は、（５０ｐｓ＋遅延Ｘ　１０Ｅ−８）とし て定義される。例えば７０ｍ５程度の遅延は、ＲＭＳジッタ規格が０．７ｎｓで ある。一度システムのカリブレーションがなされると、遅延は水面下らの距離に よる（すなわちシステムは自動的に、変化するプラットフォームの高さを探知す る）。しかしながらこれには、事象が１５Ｈｚのｒｅｐ率で正確に＜２ｎｓの範 囲内で開始される必要がある。これは、ＣＣＤカメラのフレーム同期が＜　１　 ｎｓまで安定であり、かつＴＴＬ入力から参照されるレーザージッタが、＜　１ 　ｎｓまで安定である場合のみ可能である。

前記のようなカメラ操作の詳細を考慮すると、ここで完全なシステムのタイミン グが定義される。すなわち２つのカメラの複合ビデオ信号が十分に同期されるこ とである。

１つおきの奇数ビデオフィールドの初めに、事象が開始される（すなわちレーザ ーが１５Ｈｚでパルス化される）。レーザー戻りが検出され、次の事象（レーザ ーパルス）の時に、一定の水深について所望の時間にカメラをゲートオンさせる にあたって、往復パルストランジット時間も考慮に入れられる。このゲートは常 に、交互の奇数ビデオフィールド間隔の最初の数百μ秒の間に生じる。ついでセ ンサ集積化および読み取りが、各々３．２μ秒および８．２μ秒間生じる。イン テンシファイアゲート、センサ集積化、およびセンサの読み取りが生じるこのフ ィールド間隔の間、カメラフレームスドアから、全体のブランク複合ビデオフィ ールドが読み取られる。後に続（３つのビデオフィールドは、カメラフレームス ドアから読み取られる捕獲事象の同一のプレゼンテーションである。この間、カ メラは新しい事象を開始するためのトリガーを待ち、ＣＯＤからの暗電流を引続 きクリアする。次のトリガーは、４番目の連続的複合ビデオフィールド間隔の開 始近くで生じ、このサイクルが繰返される。

ビデオプロセッサ 第６図に、ビデオプロセッシングシステムの概略図が示されている。両方のＣＣ ＤカメラからのＲ５１７０信号が、まず白黒ビデオモニタを通してバッチされ（ Ｋｏｈｕモデル９０２９Ｂ／２Ｒ）　、ついでビデオスイッチャの２つの入力に フィードされる。ビデオスイッチャＮ（Ｌ　１の出力ＡおよびＢが、ビデオサブ トラクタおよび閾値検出器（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓモデル６ ７１３５−Ａ　”）の２つの出力にフィードされる。このビデオサブトラクタの 出力は、Ｒ３１７０白黒ビデオ信号であり、これはビデオスイッチャＮｏ、　１ の入力Ｎｈ　３を通してフィードバックされる。

ビデオスイッチャＮｏ、　１の出力Ｃは、ビデオアナライザ（Ｃ。

１ｏｒａｄｏ　Ｖｉｄｅｏモデル３２０）にフィードされる。このビデオアナラ イザは、ビデオ強度レベルを、ピクチャーを横切るストリップとしてサンプル化 し、かつビデオの左側にスーパーインポーズされた、ビデオ強度のこの横断面を ディスプレイすることができる。このビデオアナライザの出力は、ビデオスイッ チャＮａ、　１の入力３にフィードバックされるビデオスイッチャＮａ、　２の 入力１が、ビデオスイッチャ１の出力りからフィードされ、従って４つの入力の いずれもビデオスイッチャＮｏ、　１からビデオスイッチャＮｏ、　２にフィー ドされることができる。すなわち、カメラビデオＮｏ、　１、カメラビデオＮｏ 、　２、ビデオサブトラクタ出力、あるいはビデオアナライザ出力は、ビデオス イッチャＮｏ、　２を通ってフィードされることができる。

同様にビデオサブトラクタの出力が、ビデオアナライザにフィードされることが できる。ビデオサブトラクタにより、まず１／４から４までの可変ゲインファク タによって、ビデオ人力Ｂを調節することが可能になる。ついでこれは、ビデオ Ｂのこの目盛り付けされたバージョンをビデオＡから減算し、その差にオフセッ トを加え、この差に１から１０までのゲインファクタを掛ける。生じた出力は本 質的に、様々なカメラゲインについて、修正のために何等かの調節を行った、ビ デオＡとビデオＢとの差である。

ビデオスイッチャＮｏ、　２の出力Ａは、カラービデオモニタ（５ｏｎｙモデル ＰＶＭ−１２２０）である。ビデオスイッチャＮｏ、　２の出力Ｂは、ビデオカ ラライザ（Ｃｏｌｏｒａｄｏ　Ｖｉｄｅｏモデル６０６Ｇ）に入る。ビデオカラ ライザの出力は、赤、緑、青および同期の４つの信号から構成されている。これ ら４つの信号は、ＲＧＢ　−ＮＴＳＣコンバータ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｌｅｃｔ ｒｏｎｉｃｓモデル６７１３２−Ｒ）にフィードされる。このＮＴＳＣカラー複 合ビデオ出力は、ビデオスイッチャＮＯ，２の入力２にフィードバックされる。

ビデオスイッチャＮｏ、　２の出力Ｃは、ビデオカセットレコーダ（５ｏｎｙモ デルＶＯ−５６００）へ行き、ビデオカセットレコーダの出力は、ビデオスイッ チャＮｏ、　２の入力Ｎ０．３へフィードバックされる。ビデオスイッチャＮ（ Ｌ　２の出力りは、ビデオプリンタ（ＭｉｔｓｕｂｉｓｈｉモデルＰ−７０Ｕ　 ）　ヘ行く。装置ノコれらの部材によって、カメラ１、カメラ２あるいはカメラ １とカメラ２との差の間違ったカラーディスプレイを生じ、このカラー化された 信号をビデオモニタにディスプレイし、かつこれをＶＣＨに記録することができ る。ＶＣＲは、白黒またはカラー信号を記録する。ビデオプリンタはカラーでは プリントせず、白黒でのみプリントする・２つのマトリックスビデオスイッチャ の使用によって、例えばただ１つのカメラを見ることで、診断作業のためのビデ オプロセッサを容易に変更することができる。あるいはオペレーショナルモード （ここでは信号は複数のビデオにおける差であるが）で、その差がカラー化され 、ディスプレイされ、かつ記録される。

最後に、ビデオサブトラクタは、閾値デテクタを含み、これはＴ　Ｔ　Ｌ　５ｏ ｎａｌｅｒｔアラームなトリガーし、ターゲットがある強度閾値を越える時に、 外部使用のために電子信号を与える。実際に、ビデオサブトラクタの出力である ビデオ信号がカラー化され、カラービデオモニタにディスプレイされる。ビデオ サブトラクタの閾値デテクタは、信号のノイズまたはその他の欠陥がそれのトリ ガーを引き起こさないようにセットされる。これは真のターゲットによってしか トリガーされない。

カメラレンズ十　部 この発明の結像ライダーシステムは、任意に、帯域フィルタおよび偏光フィルタ を含む、いくつかの小さいオプティカルフィルタを含んでいてもよい。２組の特 注帯域フィルタ（３２）もこのシステムに使用できる。第１の組が、２５　ｍｍ 　ｆ／、８５　ＦｕｊｉｎｏｎＴ　Ｖレンズと共に使用されるために、標準的５ ２ｍｍ写真フィルタに取り付けられている。これらのレンズの視野は、２０°の ハーフフィールドである。

従ってこれらのフィルタの中央波長および帯域幅は、フルフィールド全域ででき るだけ均質な、５３２ｎｍでの透過を行う一方、帯域幅を最小にするために、各 々　５３７ｎｍおよび１１．８ｎｍにされている。フィルタ（３２）の第２の組 は、７５ｍｍ焦点距離ｆ／１．ＯＫｏｗａレンズに接着されている。特別なフィ ルタ台に取り付けられている。これらのフィルタは、直径３．５”、厚さ、３３ ５”である。これらのフィルタの中央波長および帯域幅は、Ｋｏｗａレンズの７ °のハーフフィールドで、できるだけ均質な、　５３２ｎｍでの透過を行うため に、各々５３２、６ｎｍおよび１．４ｎｍにされている。

２組の偏光フィルタ（３４）を使用してもよい。第１組は、Ｆｕｊｉｎｏｎレン ズ用の帯域フィルタ台の５２ｍｍスレッドにねじで取り付けられている標準的な ５２ｍｍ写真偏光フィルタである。フィルタ（３４）の第２組は、標準的な９５ ｍｍ　Ｔｉｐｐｅｎ偏光フィルタ台に取り付けられている。これらの取付は台は 、Ｋｏｗａレンズの帯域フィルタ台にねじで取り付けられる。

好ましくはレーザー（１０）は、光を水平から垂直方向へ変えるために、スキャ ニングミラーアセンブリイと共に使用される。

この発明の結像ライダーシステムは、海洋水で試験を行って成功であった。これ は、水上の離れた位置から、水中物体の信頼しうる像を送ることがわかった。

本発明は、１組のＣＣＤカメラに関連して記載されてはいるが、好ましさがやや 劣る実施態様においては、ただ１つのカメラを用いてもよいことは評価しつるで あろう。しかしながらただ１つのカメラは、背景のノイズを減算することができ ないので、この好ましさがやや劣る実施態様においては、ＳＮＲは劣るであろう 。

好ましい実施態様が示され、かる記載されているが、本発明の精神および範囲を 逸脱することな（、これに様々な変形および置換えを行ってもよい。従って、本 発明は例証のために記載されているのであって、限定のためではないことを理解 すべきである。

浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式） 平成３年り月／６日

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一部光透過の後方散乱媒質によって覆われた物体の検出および 結像方法： 短い光パルスを選択的に発生させる工程；前記短い光パルスを後方散乱媒質の方 へ向けて、およびこの媒質によって覆われた物体に投射する工程において；前記 物体へおよびこの物体から、前記光パルスの往復伝ばん時間に相当する動作時復 帰時遅延後、前記物体から後方反射される前記光パルスを検出する工程；および 検出された前記光パルスを、前記物体のビデオ影像に変換する工程； からなる物体の検出および結像方法。
2. （２）前記短い光パルスは、パルス化レーザー手段によって発生させられる、請 求の範囲１に記載の方法。
3. （３）前記パルス化レーザー手段が、パルス化Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを含む、請 求の範囲２に記載の方法。
4. （４）前記短いパルスが、約１０ナノ秒以下のパルス幅を有する、請求の範囲１ に記載の方法。
5. （５）光学手段を通して前記パルスを向けることにより、発生した前記光パルス を広げるごとを含む、請求の範囲１に記載の方法。
6. （６）発生した前記光パルスをフィルタすることを含む、請求の範囲１に記載の 方法。
7. （７）前記光パルスをフィルタするために、帯域フィルタ手段を用いることを含 む、請求の範囲６に記載の方法。
8. （８）前記光パルスは、少なくとも１つのカメラ手段によって検出される、請求 の範囲１に記載の方法。
9. （９）後方散乱媒質からの後方散乱光に衝突させて物体の第１像を検出すること ； 後方散乱媒質からの後方散乱光に衝突させて物体の形の第２像を検出すること； および 物体の検出性および結像を改善するために、第２像から第１像を減算すること、 を含む、請求の範囲１に記載の方法。
10. （１０）前記第１像は、第１カメラ手段によって検出され、かつ前記第２像は、 第２カメラ手段によって検出される、請求の範囲９に記載の方法。
11. （１１）物体の識別を助けるために、減算された像をカラー化することを含む、 請求の範囲９に記載の方法。
12. （１２）前記カメラ手段が、増強電荷結合素子（ＣＣＤ）センサを備える、請求 の範囲８に記載の方法。
13. （１３）前記カメラ手段がさらに、 ファイバーオブティックウインドウ手段；およびインテンシファイア管手段、 を備え、前記ファイバーオブティックウインドウ手段が、前記ＣＣＤセンサと前 記インテンシファイア管手段とを組み合わせて、前記増強ＣＣＤセンサを規定す る、請求の範囲１２に記載の方法。
14. （１４）前記ビデオ映像を、陰極線管手段にディスプレイすることを含む、請求 の範囲１に記載の方法。
15. （１５）前記後方散乱媒質が水であり、前記光パルスが水の表面の方へ向かって 投射される、請求の範囲１に記載の方法。
16. （１６）少なくとも一部光透過の後方散乱媒質によって覆われた物体の検出およ び結像装置において；短い光パルスを選択的に発生させる発生手段；前記短い光 パルスを後方散乱媒質の方へ、およびこの媒質によって覆われた物体に投射する 投射手段；前記物体へおよびこの物体から、前記光パルスの往復伝ばん時間に相 当する動作時復帰時遅延後、前記物体から後方反射される前記光パルスを検出す る検出手段；および検出された前記光パルスを、前記物体のビデオ映像に変換す る変換手段； からなる物体の検出および結像装置。
17. （１７）前記発生手段が、パルス化レーザー手段を備える、請求の範囲１６に記 載の装置。
18. （１８）前記パルス化レーザー手段が、パルス化Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを含む、 請求の範囲１７に記載の装置。
19. （１９）前記短いパルスが、約１０ナノ秒以下のパルス幅を有する、請求の範囲 １６に記載の装置。
20. （２０）光学手段を通して前記パルスを向けることにより、発生した前記光パル スを広げる手段を備える、請求の範囲１６に記載の装置。
21. （２１）発生した前記光パルスをフィルタするための手段を備える、請求の範囲 １６に記載の装置。
22. （２２）前記フィルタ手段が、帯域フィルタ手段を備える、請求の範囲２１に記 載の装置。
23. （２３）前記検出手段は、少なくとも１つのカメラ手段を備える、請求の範囲２ １に記載の装置。
24. （２４）後方散乱媒質からの後方散乱光に衝突させて物体の第１像を検出するた めの第１検出手段；後方散乱媒質からの後方散乱光に衝突させて物体の影の第２ 像を検出するための第２検出手段；および物体の検出性および結像を改善するた めに、第２像から第１像を減算する手段； を備える、請求の範囲１６に記載の装置。
25. （２５）前記第１検出手段は、第１カメラ手段を備え、かつ前記第２検出手段は 、第２カメラ手段を備える、請求の範囲２４に記載の装置。
26. （２６）物体の識別を助けるために、減算された像をカラー化するための手段を 備える、請求の範囲２４に記載の装置。
27. （２７）前記カメラ手段が、増強電荷結合素子（ＣＣＤ）センサを備える、請求 の範囲２３に記載の装置。
28. （２８）前記カメラ手段がさらに、 ファイバーオプティックウインドウ手段；およびインテンシファイア管手段、 を備え、前記ファイバーオブティックウインドウ手段が、前記ＣＣＤセンサと前 記インテンシファイア管手段とを組み合わせて、前記増強ＣＣＤセンサを規定す る、請求の範囲２７に記載の装置。
29. （２９）前記ビデオを、視覚的にディスプレイするための手段を備える、請求の 範囲１６に記載の装置。
30. （３０）前記後方散乱媒質が水であり、前記光パルスが水の表面の方へ向かって 投射される、請求の範囲１６に記載の装置。